一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法及系统，涉及地震储层识别领域，包括：建立线性滑移边界条件下的HTI介质模型，并对HTI介质模型施加平行于对称轴的单轴小应力；对水平单轴应力HTI介质中裂缝和应力诱导的刚度张量进行解耦；建立解耦裂缝和应力诱导各向异性参数的PP波AVAZ近似方程；利用不同方位之间的反射系数振幅差异进行PP波AVAZ反演，形成应力水平各向异性介质方位地震反演方案。本发明专利技术利用非线性声弹性理论构建了水平单轴或双轴应力HTI介质的有效刚度张量，并对裂缝和应力诱导的各向异性参数进行了解耦，用AVAZ地震反演方法对未知模型参数进行估计，利用不同方位角的地震反射振幅数据进行反演，能够提高地下裂缝位置预测的准确性。够提高地下裂缝位置预测的准确性。够提高地下裂缝位置预测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法及系统


[0001]本专利技术涉及地震储层识别领域，尤其涉及一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法及系统。

技术介绍

[0002]从地表地震数据中检测地震各向异性有助于表征地下裂缝发育程度，指导地下裂缝位置预测。然而，初始各向异性弹性介质受到应力作用后，刚度张量的对称性将发生变化，变化后的介质并不完全等同于无应力的各向异性介质。因此，在研究裂缝和应力引起的各向异性对地震波速度、振幅或岩石其他物理性质的影响时，两者的解耦变得格外重要。同时，地应力场的估算也是地下油气勘探开发的关键。目前所采用的地应力估算方法通常是根据地面反射地震数据，利用地震速度和地应力之间的经验近似方程得到的，这种方法往往局限于经验模型的准确性或适用性。对于经验模型不准确或不适用的情况下，以往的地应力估算方法准确性较差。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法及系统，利用非线性声弹性理论构建了水平单轴或双轴应力HTI介质的有效刚度张量，并对裂缝和应力诱导的各向异性参数进行了解耦，用AVAZ地震反演方法对未知模型参数进行估计，利用不同方位角的地震反射振幅数据进行反演，能够提高地下裂缝位置预测的准确性。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0005]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法，包括：
[0006]建立线性滑移边界条件下的HTI介质模型，并对HTI介质模型施加平行于对称轴的单轴小应力；
[0007]对水平单轴应力HTI介质中裂缝和应力诱导的刚度张量进行解耦；
[0008]建立解耦裂缝和应力诱导各向异性参数的PP波AVAZ近似方程；
[0009]利用不同方位之间的反射系数振幅差异进行PP波AVAZ反演，形成应力水平各向异性介质方位地震反演方案。
[0010]作为进一步的实现方式，利用非线性声弹性理论表示水平单轴应力作用下的有效弹性刚度矩阵；基于小应变假设，将应力各向异性介质中的有效弹性刚度张量进行简化。
[0011]作为进一步的实现方式，基于弱各向异性背景假设和水平单轴小应力诱导的各向异性假设(忽略了计算中出现的各向异性与应力相关的近似高阶无穷小项)调整水平单轴应力作用下的有效弹性刚度张量的表达式。
[0012]作为进一步的实现方式，利用渐近射线理论和固定相位法将线性化的PP波AVAZ反射系数的变化用散射函数表示：
[0013][0014]其中，Δ表示无应力或应力岩石弹性性质的扰动，Δρ表示密度的扰动，η
ij
与入射P波和散射P波的慢度矢量和偏振矢量相关；表示水平单轴应力HTI介质中的刚度张量扰动，θ表示入射角，表示方位角。
[0015]作为进一步的实现方式，根据弱无应力背景弹性性质假设、弱无应力HTI介质各向异性假设以及HTI介质施加水平单轴小应力假设近似表示刚度张量扰动；并根据刚度张量扰动得到解耦的裂缝和应力各向异性参数的PP波AVAZ近似方程。
[0016]作为进一步的实现方式，利用卷积模型生成合成方位地震数据：
[0017]Δd＝Gm,
[0018]其中，Δd表示不同方位角之间的差，m表示未知的模型参数；
[0019][0020]W表示小波向量；
[0021]根据贝叶斯反演框架，合成方位地震数据可以结合先验信息和似然函数进行求解，即未知模型的后验概率分布函数与未知模型参数的先验信息和似然函数的乘积成正比。
[0022]作为进一步的实现方式，目标函数Φ(m)表示为：
[0023][0024]其中，表示未知模型参数的正则化系数，m
i0
表示未知模型参数的低频初始模型，表示未知模型参数的方差，表示使用数据的方差，Δd表示不同方位角之间的差，m表示未知的模型参数。
[0025]第二方面，本专利技术的实施例还提供了一种应力水平各向异性介质方位地震反演系统，包括：
[0026]介质模型构建模块，被配置为：建立线性滑移边界条件下的HTI介质模型，并对HTI介质模型施加平行于对称轴的单轴应力；
[0027]解耦模块，被配置为：对水平单轴应力HTI介质中裂缝和应力诱导的刚度张量进行解耦；
[0028]近似方程构建模块，被配置为：建立解耦裂缝和应力诱导各向异性参数的PP波AVAZ近似方程；
[0029]反演方案生成模块，被配置为：利用不同方位之间的反射系数振幅差异进行PP波AVAZ反演，形成应力水平各向异性介质方位地震反演方案。
[0030]第三方面，本专利技术的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法中的步骤。
[0031]第四方面，本专利技术的实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行程序时实现所述的一种应
力水平各向异性介质方位地震反演方法中的步骤。
[0032]本专利技术的有益效果如下：
[0033](1)本专利技术利用非线性声弹理论来描述应力HTI介质中的P波传播特征，研究了应力介质中近水平单轴应力作用下裂缝HTI介质界面的弱各向异性近似PP波方位反射系数；利用方位地震振幅差数据反演了解耦的裂缝和应力诱导的各向异性参数，消除了各向同性背景弹性性质的影响。
[0034](2)本专利技术的PP波AVAZ近似反演方法能够在中等噪声条件下对未知模型参数进行合理估计；该反演方法在反演解耦裂缝和应力诱导的各向异性参数方面的可靠性较高，在地下宽方位地震资料中对于各向异性应力场的估计将具有更广泛的应用。
附图说明
[0035]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0036]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的流程图；
[0037]图2(a)和图2(b)是本专利技术根据一个或多个实施方式的合成方位地震数据集；
[0038]图3是本专利技术根据一个或多个实施方式的基于无噪声合成数据的pp波AVAZ反演解耦裂缝和应力诱导各向异性参数反演结果；
[0039]图4是本专利技术根据一个或多个实施方式的基于噪声合成数据的pp波AVAZ反演解耦裂缝和应力诱导各向异性参数反演结果；
[0040]图5(a)是本专利技术根据一个或多个实施方式的方位角为20
°
、入射角为10
°
的部分叠后地震资料；
[0041]图5(b)是本专利技术根据一个或多个实施方式的方位角为20
°
、入射角为20
°
的部分叠后地震资料；
[0042]图5(c)是本专利技术根据一个或多个实施方式的方位角为20
°
、入射角为30
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法，其特征在于，包括：建立线性滑移边界条件下的HTI介质模型，并对HTI介质模型施加平行于对称轴的单轴小应力；对水平单轴应力HTI介质中裂缝和应力诱导的刚度张量进行解耦；建立解耦裂缝和应力诱导各向异性参数的PP波AVAZ近似方程；利用不同方位之间的反射系数振幅差异进行PP波AVAZ反演，形成应力水平各向异性介质方位地震反演方案。2.根据权利要求1所述的一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法，其特征在于，利用非线性声弹性理论表示水平单轴应力作用下的有效弹性刚度矩阵；基于小应变假设，将应力各向异性介质中的有效弹性刚度张量进行简化。3.根据权利要求2所述的一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法，其特征在于，基于弱各向异性背景假设和水平单轴小应力诱导的各向异性假设调整水平单轴应力作用下的有效弹性刚度张量的表达式。4.根据权利要求1所述的一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法，其特征在于，利用渐近射线理论和固定相位法将线性化的PP波AVAZ反射系数的变化用散射函数表示：其中，Δ表示无应力或应力岩石弹性性质的扰动，Δρ表示密度的扰动，η
ij
与入射P波和散射P波的慢度矢量和偏振矢量相关；表示水平单轴应力HTI介质中的刚度张量扰动，θ表示入射角，表示方位角。5.根据权利要求4所述的一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法，其特征在于，根据弱无应力背景弹性性质假设、弱无应力HTI介质各向异性假设以及HTI介质施加水平单轴小应力假设近似表示刚度张量扰动；并根据刚度张量扰动得到解耦的裂缝和应力各向异性参数的PP波AVAZ近似方程。6.根据权利要求1所述的一种应力水平各向异性介质方位地震反演方法，其特征在于，利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘新朋，黄蕾，黎馨燕，王璞，郭振威，崔益安，柳建新，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：